Hispanopedia WikiLa modulación por desplazamiento de frecuencia múltiple ( MFSK ) es una variante de la modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) que utiliza más de dos frecuencias. MFSK es una forma de modulación ortogonal M-aria , donde cada símbolo consta de un elemento de un alfabeto de formas de onda ortogonales. M, el tamaño del alfabeto, suele ser una potencia de dos, de modo que cada símbolo representa log₂M bits .
Fundamentos
En un sistema de señalización M-ario como MFSK, se establece un "alfabeto" de M tonos y el transmisor selecciona un tono a la vez de dicho alfabeto para su transmisión. M suele ser una potencia de 2, por lo que cada tono transmitido del alfabeto representa log₂M bits de datos.
MFSK se clasifica como un esquema de señalización ortogonal M-ario porque cada uno de los M filtros de detección de tono en el receptor responde solo a su propio tono y no a los demás; esta independencia proporciona la ortogonalidad.
Al igual que otros esquemas ortogonales M-arios, la relación E b /N 0 requerida para una probabilidad de error dada disminuye a medida que M aumenta sin necesidad de detección coherente multisímbolo. De hecho, a medida que M tiende a infinito, la relación E b /N 0 requerida disminuye asintóticamente hasta el límite de Shannon de −1,6 dB . Sin embargo, esta disminución es lenta con el aumento de M, y los valores grandes resultan poco prácticos debido al incremento exponencial del ancho de banda requerido. Los valores típicos en la práctica oscilan entre 4 y 64, y MFSK se combina con otro esquema de corrección de errores hacia adelante para proporcionar una ganancia de codificación adicional (sistemática).
La eficiencia espectral de los esquemas de modulación MFSK disminuye al aumentar el orden de modulación M : [ 1 ]
Al igual que cualquier otra forma de modulación angular que transmite un único tono de RF que varía solo en fase o frecuencia, la MFSK produce una envolvente constante . Esto simplifica considerablemente el diseño del amplificador de potencia de RF, permitiéndole alcanzar mayores eficiencias de conversión que los amplificadores lineales.
MFSK de 2 tonos
Es posible combinar dos sistemas MFSK para aumentar el ancho de banda del enlace. Quizás el sistema MFSK de dos tonos más utilizado sea el de multifrecuencia de doble tono (DTMF), más conocido por su marca registrada de AT&T, "Touch Tone". Otro ejemplo es el esquema de multifrecuencia (MF), utilizado durante el siglo XX para la señalización en banda en líneas troncales entre centrales telefónicas. Ambos son ejemplos de esquemas de señalización en banda , es decir, comparten el canal de comunicación del usuario.
Los símbolos de los alfabetos DTMF y MF se envían como pares de tonos; DTMF selecciona un tono de un grupo "alto" y otro de un grupo "bajo", mientras que MF selecciona sus dos tonos de un conjunto común. DTMF y MF utilizan frecuencias de tono diferentes principalmente para evitar que los usuarios finales interfieran con la señalización entre oficinas. En la década de 1970, MF comenzó a ser reemplazado por la señalización digital fuera de banda , una conversión motivada en parte por el uso fraudulento generalizado de señales MF por parte de usuarios finales conocidos como "phone phreaks" .
Estas señales son distintivas cuando se reciben auditivamente como una rápida sucesión de pares de tonos con una calidad casi musical. [ 2 ]
La transmisión simultánea de dos tonos directamente en RF provoca la pérdida de la propiedad de envolvente constante del sistema de tono único. De hecho, la transmisión simultánea de dos tonos de RF constituye la clásica "prueba de estrés" de un amplificador de potencia de RF para medir la linealidad y la distorsión de intermodulación . Sin embargo, si bien se pueden enviar dos tonos de audio simultáneamente en una portadora de RF FM convencional de envolvente constante , la detección no coherente de la señal FM en el receptor anularía cualquier ventaja en la relación señal-ruido que pudiera ofrecer el esquema multitono.
MFSK en comunicaciones de alta frecuencia
La propagación de ondas ionosféricas en las bandas de alta frecuencia introduce distorsiones aleatorias que generalmente varían con el tiempo y la frecuencia.
Cuando existen varias trayectorias separadas desde el transmisor al receptor, una condición conocida como multitrayectoria , estas casi nunca tienen exactamente la misma longitud, por lo que casi nunca presentan el mismo retardo de propagación. Pequeñas diferencias de retardo, o dispersión de retardo , difuminan los símbolos de modulación adyacentes y provocan interferencias intersímbolo no deseadas .
La dispersión de retardo es inversamente proporcional a su contraparte en el dominio de la frecuencia, el ancho de banda de coherencia . Este es el rango de frecuencias en el que la ganancia del canal es relativamente constante. Esto se debe a que la suma de dos o más trayectorias con diferentes retardos crea un filtro de peine, incluso cuando las trayectorias individuales tienen una respuesta en frecuencia plana.
El desvanecimiento es un cambio (generalmente aleatorio e indeseado) en la ganancia de trayectoria con el tiempo. La tasa máxima de desvanecimiento está limitada por la física del canal, como la tasa a la que se forman y recombinan los electrones libres en la ionosfera y las velocidades de las nubes de partículas cargadas dentro de la ionosfera. El intervalo máximo durante el cual la ganancia del canal no cambia apreciablemente es el tiempo de coherencia .
Un canal con desvanecimiento impone una modulación de amplitud aleatoria no deseada a la señal. Del mismo modo que el ancho de banda de la modulación de amplitud intencionada aumenta con la frecuencia de modulación, el desvanecimiento dispersa la señal en un rango de frecuencias que aumenta con la frecuencia de desvanecimiento. Este fenómeno se conoce como dispersión Doppler , el equivalente en el dominio de la frecuencia del tiempo de coherencia. Cuanto menor sea el tiempo de coherencia, mayor será la dispersión Doppler, y viceversa.
Diseño de MFSK para HF
Con una selección de parámetros adecuada, MFSK puede tolerar importantes dispersiones Doppler o de retardo, especialmente cuando se complementa con corrección de errores hacia adelante . (Mitigar grandes cantidades de dispersión Doppler y de retardo es significativamente más difícil, pero aún es posible). Una dispersión de retardo larga con poca dispersión Doppler puede mitigarse con un período de símbolo MFSK relativamente largo para permitir que el canal se "estabiliza" rápidamente al comienzo de cada nuevo símbolo. Debido a que un símbolo largo contiene más energía que uno corto para una potencia de transmisión dada, el detector puede alcanzar más fácilmente una relación señal/ruido (SNR) suficientemente alta. La reducción de rendimiento resultante puede compensarse parcialmente con un conjunto de tonos grande de modo que cada símbolo represente varios bits de datos; un intervalo de símbolo largo permite que estos tonos estén más próximos en frecuencia manteniendo la ortogonalidad. Esto está limitado por el crecimiento exponencial del tamaño del conjunto de tonos con el número de bits de datos por símbolo.
Por el contrario, si la dispersión Doppler es grande mientras que la dispersión de retardo es pequeña, entonces un período de símbolo más corto puede permitir la detección coherente de tonos y los tonos deben espaciarse más ampliamente para mantener la ortogonalidad.
El caso más complejo se da cuando tanto el retardo como la dispersión Doppler son grandes, es decir, cuando el ancho de banda y el tiempo de coherencia son pequeños. Esto es más común en canales aurorales y EME que en HF, pero puede ocurrir. Un tiempo de coherencia corto limita el tiempo de símbolo, o más precisamente, el intervalo máximo de detección coherente en el receptor. Si la energía del símbolo es demasiado pequeña para una relación señal/ruido (SNR) de detección por símbolo adecuada, una alternativa es transmitir un símbolo más largo que el tiempo de coherencia, pero detectarlo con un filtro mucho más ancho que el adaptado al símbolo transmitido. (El filtro debería adaptarse al espectro tonal esperado en el receptor). Esto capturará gran parte de la energía del símbolo a pesar de la dispersión Doppler, pero necesariamente lo hará de forma ineficiente. También se requiere un espaciado tonal más amplio, es decir, un canal más ancho. La corrección de errores hacia adelante es especialmente útil en este caso.
Esquemas MFSK para HF
Debido a la gran variedad de condiciones que se encuentran en HF, se han desarrollado diversos esquemas MFSK para HF, algunos de ellos experimentales. Algunos de ellos son:
- MFSK8
- MFSK16
- Olivia MFSK
- Coquelet
- Piccolo
- ALE (MIL-STD 188-141)
- DominóF
- DominoEX
- PALPITAR
- CIS-36 MFSK o CROWD-36
- XPA, XPA2
Piccolo fue el modo MFSK original, desarrollado para las comunicaciones del gobierno británico por Harold Robin, Donald Bailey y Denis Ralphs del Servicio Diplomático de Radio (DWS), una rama del Ministerio de Asuntos Exteriores y de la Commonwealth. Se utilizó por primera vez en 1962 [ 3 ] y se presentó al IEE en 1963. La especificación actual, "Piccolo Mark IV", todavía se utilizaba de forma limitada por el gobierno del Reino Unido, principalmente para comunicaciones de radio militares punto a punto, hasta finales de la década de 1990. [ 4 ] [ 5 ]
Coquelet es un sistema de modulación similar desarrollado por el gobierno francés para aplicaciones similares. [ 3 ]
MFSK8 y MFSK16 fueron desarrollados por Murray Greenman, ZL1BPU, para comunicaciones de radioaficionados en HF. Olivia MFSK también es un modo de radioaficionado. Greenman también desarrolló DominoF y DominoEX para comunicaciones de radio NVIS en las frecuencias MF altas y HF bajas (1,8–7,3 MHz).
El establecimiento automático de enlace (ALE) es un protocolo desarrollado por el ejército de los Estados Unidos y utilizado principalmente como sistema de señalización automática entre radios. Se utiliza ampliamente en comunicaciones militares y gubernamentales en todo el mundo, así como por radioaficionados. [ 6 ] Está estandarizado como MIL-STD-188-141B, [ 7 ] que sucedió a la versión anterior MIL-STD-188-141A.
"CIS-36 MFSK" o "CROWD-36" ( en ruso : Сердолик ) es la designación occidental de un sistema similar a Piccolo desarrollado en la antigua Unión Soviética para comunicaciones militares. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
"XPA" y "XPA2" son designaciones de ENIGMA-2000 [ 11 ] para transmisiones politónicas, que según se informa provienen de estaciones de la Inteligencia y el Ministerio de Asuntos Exteriores rusos. [ 12 ] [ 13 ] Recientemente, el sistema también fue descrito como "MFSK-20".
Comunicaciones VHF y UHF
Modos MFSK utilizados para comunicaciones VHF y UHF :
- DTMF
- FSK441
- JT6M
- JT65
- PI4
FSK441, JT6M y JT65 forman parte de la familia WSJT de sistemas de modulación de radio, desarrollados por Joe Taylor, K1JT , para comunicaciones de radioaficionados de larga distancia en VHF bajo condiciones de propagación marginales. Estos sistemas de modulación MFSK especializados se utilizan en trayectos de radio por dispersión troposférica, EME (Tierra-Luna-Tierra) y dispersión meteosférica.
PI4 [ 14 ] es un modo digital diseñado específicamente para estudios de propagación y balizas VUSHF. Este modo se desarrolló como parte del proyecto Next Generation Beacons, utilizado, entre otros, por la baliza de radioaficionado más antigua del mundo, OZ7IGY . Un decodificador para PI4 está disponible en el programa PI-RX, desarrollado por Poul-Erik Hansen, OZ1CKG.
El sistema DTMF se desarrolló inicialmente para la señalización de líneas telefónicas. Actualmente se utiliza con frecuencia en aplicaciones de telecontrol (control remoto) a través de canales de voz VHF y UHF.
Véase también
- PSK31
- Radioteletipo
- La técnica de espectro ensanchado por salto de frecuencia también utiliza muchas frecuencias diferentes, donde cada símbolo utiliza solo una frecuencia.
- DTMF
- Olivia MFSK
- ALE (MIL-STD 188-141)
- WSJT
- Modulación por frecuencia incremental
Referencias
- ↑ Haykin, S., 2001. Sistemas de comunicación, John Wiley & Sons. Inc. - pág. 402
- ↑ Scalsky, S.; Chace, M. (1999). "Preguntas frecuentes sobre señales digitales (versión 5), sección 1-D" . World Utility Network (WUN) . Consultado el 27 de noviembre de 2012 .
- 1 2 Greenman, M.; ZL1BPU (2005). "El mundo de los modos difusos y digitales" . Archivado del original el 24 de abril de 2009. Recuperado el 6 de enero de 2008 .
{{cite web}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ) - ↑ Klingenfuss, J. (2003). Manual de códigos de datos de radio (17.ª ed.) . Publicaciones Klingenfuss. pág. 163. ISBN 3-924509-56-5.
- ↑ Cannon, Michael (1994). Espiando al ejército británico . Dublín, Irlanda: Cara Press. págs. 103–104 .
- ↑ Klingenfuss, J. (2003). Manual de códigos de datos de radio (17.ª ed.) . Publicaciones Klingenfuss. págs. 72–78 . ISBN 3-924509-56-5.
- ↑ "MIL-STD 188-141B" (PDF) . Gobierno de EE. UU.
- ↑ Klingenfuss, J. (2003). Manual de códigos de datos de radio (17.ª ed.) . Publicaciones Klingenfuss. pág. 91. ISBN 3-924509-56-5.
- ↑ Scalsky, S.; Chace, M. (1999). "Preguntas frecuentes sobre señales digitales (versión 5), tabla 5-E" . World Utility Network (WUN) . Recuperado el 27 de noviembre de 2012 .
- ↑ Ian Wraith (29-06-2012). "CROWD36" . GitHub . Consultado el 30-07-2017 .
- ↑ Para obtener información sobre ENIGMA y ENIGMA-2000, consulte la sección Notas y referencias en Letter beacon .
- ^ Beaumont, P. (mayo de 2008). "Indisminuida (Atención Uno Dos Tres)". Seguimiento Mensual . 3 (5): 69. ISSN 1749-7809 .
- ↑ Beaumont, P. (julio de 2008). "Inteligencia rusa (Atención Uno Dos Tres)". Monitoring Monthly . 3 (7): 69. ISSN 1749-7809 .
- ↑ PI4
Lecturas adicionales
- Dehio, Leif. "Sistemas MFSK (modulación por desplazamiento de frecuencia múltiple)" . Recuperado el 21 de febrero de 2008 .: Muestras de diversas señales MFSK.
- Ford, S.; WB8IMY (2001). Manual digital de HF de la ARRL . ARRL . ISBN 0-87259-823-3.
{{cite book}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ) - Greenman, M.; ZL1BPU (2002). Modos digitales para todas las ocasiones . RSGB . ISBN 1-872309-82-8.
{{cite book}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ) - Greenman, M.; ZL1BPU (enero de 2001). "MFSK para el nuevo milenio". QST . ARRL : 12-14 .
{{cite journal}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ) - Greenman, M.; ZL1BPU (2005). "El mundo de los modos difusos y digitales" . Archivado del original el 31 de agosto de 2006. Recuperado el 6 de enero de 2008 .
{{cite web}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ) - Klingenfuss, J. (2003). Manual de códigos de datos de radio (17.ª ed.) . Publicaciones Klingenfuss. ISBN 3-924509-56-5.
- Ralphs, JD (1985). Principios y práctica de la telegrafía multifrecuencia (Serie de telecomunicaciones del IEE) . Peter Peregrinus Ltd. ISBN 0-86341-022-7.
- Scalsky, S.; Chace, M. (1999). "Preguntas frecuentes sobre señales digitales (versión 5)" . World Utility Network (WUN) . Recuperado el 6 de enero de 2008 .
- M Nasseri, J Kim, M Alam - Actas de la 17.ª Conferencia de Comunicaciones y Redes, 2014, Cálculo métrico unificado de MFSK no coherente con codificación turbo basado en muestreo para canales móviles
- Modos de modulación de radio cuantificados
- Señales de telefonía